Werkstoffe, Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung: Kupfer, Kupferlegierungen, Löten und Schweißen
Werkstoffkunde als Grundlage
Kupfer wird nach seinem Sauerstoffgehalt unterschieden: sauerstofffreies Kupfer (OF, hohe Leitfähigkeit, gut schweißbar) und sauerstoffhaltiges Kupfer (z. B. Phosphor-desoxidiertes Cu-DHP). Der entscheidende Prüfungsstoff ist die Wechselwirkung von Sauerstoff und Wasserstoff: Beim Glühen oder Schweißen diffundiert Wasserstoff in sauerstoffhaltiges Kupfer und bildet Wasserdampf an den Korngrenzen – das berühmte Wasserstoffkrankheitsgefüge („Wasserkrankheit“), das zu Rissen führt. Deshalb sind sauerstoffhaltige Sorten für Schweißkonstruktionen ungeeignet; hierfür verwendet man sauerstofffreies Kupfer oder desoxidierte Typen.
Legierungen
Wichtig sind Messing (Cu-Zn), Bronzen (Cu-Sn, aber auch Cu-Al, Cu-Si als „Bronzen“ im Sprachgebrauch) und Sondermessing. Beim Glühen von Messing tritt Entzinkung auf; beim Schweißen verdampft Zink (niedriger Siedepunkt), was zu Porosität und Gesundheitsgefährdung durch Zinkoxidrauch führt.
Löten
Hartlöten mit Silberlot oder Messinglot erfolgt oberhalb 450 °C, Weichlöten darunter. Flussmittel entfernen Oxide; bei Phosphorkupferloten kann bei Kupfer-Kupfer-Verbindungen auf Flussmittel verzichtet werden, nicht jedoch bei Stahl. Kapillarspalt, Lötspaltbreite und Erwärmungsreihenfolge sind typische Prüfungsthemen. Wichtig: Lote mit Cadmium sind wegen der Rauchentwicklung kritisch.
Prüfverfahren
Man unterscheidet zerstörende (Zugversuch, Kerbschlagbiegeversuch, Härteprüfung, metallografische Schliffuntersuchung) und zerstörungsfreie Verfahren (Sichtprüfung, Farbeindringprüfung, Magnetpulver – bei Kupfer nicht anwendbar, da unmagnetisch –, Ultraschall, Röntgen).
Typische Fallen
Die Frage nach dem „besten“ Kupfer für Schweißnähte verleitet zu sauerstoffhaltigem Material. Ebenso wird die Magnetpulverprüfung fälschlich für Kupfer angeboten. Bei Festigkeitsangaben ist zu beachten, dass Kaltverfestigung die Werte erhöht, Glühen sie wieder senkt.
Faustregel
Merksatz: „Kein Wasserstoff an Sauerstoff“ – vor dem Schweißen von Kupfer Werkstoffzustand und Sauerstoffgehalt prüfen; im Zweifel sauerstofffreies Kupfer (OF) wählen.